Fysikk og Fascinasjon

en blogg om ny og gammel forskning, og om den fantastiske naturen


2 kommentarer

Hvorfor kan man ikke brenne vann?

Hydrogen brenner jo, og man trenger oksygen for å brenne noe. Så hvorfor kan man ikke brenne vann?

20130623-140324.jpgSosiale atomer

For de aller fleste atomer er det fullstendig uutholdelig å være helt alene.

Derfor binder de seg sammen og danner forskjellige stoffer. Vann, for eksempel, består av molekyler der to hydrogenatomer og ett oksygenatom har klumpet seg sammen. Flesteparten av molekylene i lufta vi puster er dannet av to nitrogenatomer eller to oksygenatomer.

Atomene er altså nødt til å være sammen med noen, og ofte må de nøye seg med første og beste mulighet. Men om de kunne få velge, så liker de noen grupperinger fremfor andre.

Hydrogengass består av molekyler med to hydrogenatomer i hver, på samme måte som oksygengass. Om vi blander sammen disse to gassene, får vi en gass med to forskjellige typer gassmolekyler. Alle atomene her har det greit nok, men de kunne hatt det mye bedre. Hadde de bare greid å rive seg fra hverandre ett lite øyeblikk, sånn at to hydrogenatomer kunne ha grepet fatt i ett oksygenatom og dannet vann, så hadde de fått slappet mye mer av.

Dørstokkmila

Tenk deg at du er et søvnig hydrogenatom. Da vil tilværelsen som hydrogenmolekyl være sofaen, og vannmolekylet være senga. Problemet er at det er så vanskelig å komme seg opp fra sofaen.

Det er her vi trenger en fyrstikk. Brenner jeg deg på tåa så skal jeg tenke meg du kommer deg opp fra sofaen. På samme måte er vi nødt til å tilføre litt ekstra energi for å få slitt i stykker gassmolekylene og danne vann.

Når atomene omsider har kommet seg over i den behagelige vanntilstanden, kan de slenge fra seg det ekstra ubehaget de hadde som gassmolekyler. Denne irritasjonsenergien er stor nok til å rive fra hverandre flere gassmolekyler. På denne måten blir mer og mer oksygengass og hydrogengass omgjort til vann. Noe av energien som blir frigjort kan vi også kjenne som varme.

Hva som skjer når noe brenner

Det jeg har beskrevet over, er i korte trekk hva som foregår når noe brenner: Ett stoff reagerer med et annet stoff, stort sett oksygen, og danner et tredje stoff mens det frigjøres energi.

Så hvorfor brenner ikke vann?

Vannet har allerede brent. Vannet er asken etter en hydrogenbrann. Atomene i vannmolekylene har det så hyggelig at de kan nesten ikke få det bedre. Det er ingenting å hente på å la dem bli til noe annet.


Legg igjen en kommentar

Hvor mange molekyler er det i ett glass vann?

20130617-125140.jpgJeg prøver å forstå hvor små atomer og molekyler egentlig er.

Hell en desiliter vann oppi et glass. Da har du flyttet på 3×1024, eller
3000 000 000 000 000 000 000 000
vannmolekyler.

Om du tar dette tallet og deler det på to hundre, så får du antall glass du trenger for å få plass til alt vannet som finnes på jorda. Både ferskvann og saltvann.

Legg all sanda fra som finnes på alle verdens strender i en stor haug. Så finner du nok sand til å lage fire tusen hauger til. Da har du like mange sandkorn som det er molekyler i vannglasset.

Ingen vet helt hvor mange stjerner som finnes i universet. De beste anslagene ligger et sted mellom 1022 og 1024 stjerner. Det er altså omtrent like mange vannmolekyler i et glass vann som det finnes stjerner i hele universet.

Tenk litt på det, du.

Kanskje universet vårt bare er et glass med vann, i en helt annen virkelighet?


Legg igjen en kommentar

Sånn virker kjøleskapet, og varmepumpa med det samme vi er i gang.

kjoleskapDu har en flaske brus og du vil at den skal være kald. Om du overlater den til seg selv, vil varme fra kjøkkenet flytte seg inn i den kalde flaska, på samme måte som vann alltid vil renne nedover. Du trenger en måte å få varmen til å renne oppoverbakke, altså fra der det er kaldt til der det er varmt. Hva gjør du?

1. Dytt varmen inn i et rør

Du trenger et stoff som er nær kokepunktet. Det betyr at stoffet er flytende, men molekylene begynner å bli lei av å henge inntil hverandre. Ved å tilføre litt ekstra varme, kan molekylene få det siste dyttet de trenger for å ta spranget over i gassform. Du kan altså dytte massevis av varme inn i et rør ved å få væska inne i røret til å fordampe.

2. Få varmen ut igjen

På samme måte som gass blir kald når den utvider seg, blir den varm når du klemmer den hardt sammen. Prøv selv å kjenne etter om sykkelpumpa blir varmet opp når du bruker den! Når gassen har fått høyere temperatur enn det stedet der du vil legge fra deg varmen, vil varmen renne fra gassen og ut i omgivelsene. Etterhvert som molekylene kvitter seg med varme, slapper de mer og mer av helt til de faller i armene på hverandre og blir til væske igjen. Da slenger de fra seg den varmen som de fikk da de ble revet fra hverandre.

Om du har en måte å rive molekylene fra hverandre ett sted, og dytte dem sammen igjen et annet sted, kan du altså måke varme fra ett sted til et annet.

Hva som skjer i kjøleskapet

I bakveggen av kjøleskapet ditt går det rør fram og tilbake. Inni dette røret er det en væske som når kokepunktet omtrent ved den temperaturen du vil ha inne i kjøleskapet. Væska er i utgangspunktet litt kaldere enn kjøleskapet, slik at varmen strømmer fra brusen og alle de andre tingene i kjøleskapet og over i væska. Denne varmen brukes til å gjøre væska inne i røret om til gass.

Gassen strømmer videre gjennom røret sitt til en dings som sitter på utsiden av kjøleskapet. Dingsen, som heter kompressor, brukes til å klemme gassen sammen så den blir varm. Den varme gassen får nå gå på kryss og tvers gjennom et rør på utsiden av kjøleskapet, og varmen, som opprinnelig kom fra brusen din, triller nedover fra det varme røret til det kaldere kjøkkenet. Siden molekylene nå er dyttet så tett sammen, er de glade for å bli til en væske igjen når de bare får kvittet seg med litt varme.

Når alle molekylene har roet seg og blitt en del av væska igjen, slippes væska gjennom en ventil. Mens molekylene først var stuet veldig tett sammen, har de nå litt bedre plass til å bevege seg. De mest eventyrlystne av dem stjeler litt varme fra resten av væska for å kunne sprette over i gassfasen igjen. Da blir væska kaldere enn kjøleskapet, og varmen fra brusen kan igjen renne nedover og inn i det kalde røret for å flyttes ut i kjøkkenet.

Sånn fortsetter det så lenge kompressoren får strøm og kan gjøre jobben sin.

Litt om varmepumpa til slutt

Med det samme vi er i gang kan vi ta for oss varmepumpa. Den gjør nemlig akkurat det samme, bortsett fra at den ikke henter varme fra brusen din, men fra utsiden av huset. I en panelovn blir all den elektriske strømmen som brukes gjort om til varme. I en varmepumpe bruker du bare strøm til å dytte den varmen som tross alt finnes ute i kulda, inn i huset ditt. På den måten kan du klare deg med å bruke mindre elektrisk strøm.


Legg igjen en kommentar

Sandkasselek for voksne

Denne helgen har jeg altså brukt til å legge heller i hagen. Jeg foreslo egentlig at vi skulle ha de hellene fordi jeg trodde det bare var å dra jord utover, slenge ut noen heller og strø gressfrø over det hele. Nå forstår jeg at det innebærer spaing av flere tonn sand og løfting av inmari tung stein. Men fint blir det, og jeg har innsett at sand er ganske fascinerende greier.

Innerst ved husveggen hadde vi en ganske stor grøft fylt med leca. Det er visst noe man gjør for å unngå vann i kjelleren. Hulrommene mellom lecaekulene er nemlig så store at vannet ikke greier å holde seg fast i dem, men renner rett ned og bort til naboen (jeg tror det er planen). Vi måtte ta bort trappa inn til huset, så for å komme ut i hagen måtte man ta et stort skritt ned og rett i denne lecagrøfta. Når du tråkker på leca så sklir kulene mot hverandre og ut til siden så du synker ned. Omtrent som å hoppe i ballrommet på IKEA men du blir mye mer møkkete og irritert.

Så var altså spørsmålet hvordan vi skulle legge heller, til å gå på, oppå all denne lecaen. Vi bestemte oss for å dekke kulene med en fiberduk. Oppå der la vi et lag med sand som vi tråkket til.

Her er den fascinerende biten: En halv meter bred grøft med kuler som ikke kan holde noe som helst oppå, en tynn duk og en tommelfingerbredde med hardpakket fuktig sand – det blir forbausende stabilt! Plutselig kunne vi spasere omkring oppå grøfta og det føltes som et fast gulv. Er ikke det egentlig veldig rart?

Alle har lekt i sandkassa som barn, men en del av erfaringene er vel gått i glemmeboka. For å oppsummere: Tørr sand går det ikke an å bygge med, det renner bare ned. Klissvåt sand går det heller ikke an å bygge med, det blir bare som våt rennete gjørme. Fuktig sand, derimot, kan du bygge de mest fantastiske byggverk med.

Når sanda er fuktig er det både vann og luft mellom sandkornene. Sandkorn har overflater som er veldig glade i vann. Som jeg har snakket om før, så kan vann like veldig godt å klamre seg til for eksempel glass (som jo er laget av sand), men vannet er veldig lite glad i å ha en overflate rett ut mot lufta.

Når to sandkorn er veldig nær hverandre, får vannet muligheten til å lage en liten dråpe mellom disse to kornene. Dråpen har veldig mye overflate mot sand, og bare litt mot luft, og er derfor fornøyd med tilværelsen. Vannet lager det man kaller en kapillærbru mellom de to sandkornene. Om du prøver å dra disse kornene fra hverandre, strekkes vanndråpen og den får mer og mer overflate mot luft. Det vil den ikke! Derfor vil vanndråpen prøve å dra sandkornene tilbake mot hverandre. Vanndråpen virker omtrent som en liten strikk som er limt fast mellom de to sandkornene. Om man drar hardt nok, ryker strikken (dråpen) og kornene kan bevege seg fritt i forhold til hverandre igjen. I fuktig sand sitter de fleste av sandkornene fast i flere andre med slike vanndråpestrikker. Det er derfor man kan bygge sandslott med overheng og det hele uten at det raser sammen. Dersom jeg skulle ha greid å bøye fiberduken og det tynne sandlaget ned i lecagrøfta da jeg tråkket på den, måtte jeg ha dratt mange sandkorn fra hverandre. Kraften fra alle de bittesmå vanndråpene gjorde at det ikke skjedde.

Når sanda er veldig tørr er det nesten ingen kapillærbruer til å holde fast sandkornene, slik at de er frie til å bevege seg i forhold til hverandre. På mange måter oppfører tørr sand seg omtrent som vann, der man kan tenke seg at sandkornene spiller rollen til vannmolekylene. Den vil for eksempel stort sett renne nedover. En forskjell på tørr sand og vann er at siden sandkornene ikke er spesielt gode venner, de bryr seg altså ikke om de er ved siden av et annet sandkorn eller ikke, så blir ikke de kornene som sitter i utkanten ulykkelige. Derfor er det ikke sånn at sanda gjør det den kan for å unngå å få for stor overflate, slik som vann gjør det.

En annen forskjell er den at det er friksjon mellom sandkornene. Når sanda renner ned så får man ikke en helt rett overflate, men det dannes en haug. Desto mer kantete sandkornene er, desto lettere det er for dem å huke seg fast i hverandre, og desto brattere kan denne haugen bli. Det blir også en del luft imellom kornene i haugen. Om man dunker, tramper eller rister på sanda, får sandkornene hjelp til å rive seg løs fra naboene og hoppe videre nedover til de til slutt ligger så tett som de kan komme, med en plan overflate. Da har de på en måte nådd sitt nullpunkt og vil ikke flytte seg noe mer uten at noen kommer og løfter dem opp. Da vi skulle legge stein, var det viktig at sanda under fikk finne sitt nullpunkt før steinen ble lagt ut. Ellers ville den med tid og stunder greie å komme seg dit og så ville steindekket vårt blitt ugjevnt. Derfor leide vi en såkalt hoppetusse (fint navn), en tung sak med plate under og motor oppå som får den til å hoppe rundt omkring på sanda. Det bråkte og førte forhåpentligvis til at steinene våre ligger der de ligger i mange år.

I kliss våt sand er det heller ingen kapillærbruer, for her er det jo vann over alt og ingen plagsomme overflater mellom vann og luft. Derfor er våt sand like håpløs som tørr sand når det gjelder sandslottbygging.

Lecakuler, sand (strengt tatt heter det subbus når den har så store korn i seg) og betongheller av typen Herregård (fint skal det være).

Lecakuler, sand (strengt tatt heter det subbus når den har så store korn i seg) og betongheller av typen Herregård.